巖溶地區(qū)鉆孔樁溶洞處理綜合技術(shù)
2016-12-05
1 概述
溶洞發(fā)育地貌稱為喀納斯地貌，在此類地貌環(huán)境下施工由于地質(zhì)復(fù)雜、施工難度和風(fēng)險(xiǎn)大，容易出現(xiàn)卡鉆、掉鉆、塌孔、地面沉降、斷樁，甚至出現(xiàn)涌水涌泥和危機(jī)施工機(jī)具人員、周圍建筑物等安全事件的發(fā)生。
2 溶洞處理總體方案
①在施工前需對(duì)溶洞進(jìn)行分析，實(shí)地考察溶洞的地貌特征，針對(duì)不同類型的溶洞采取不同的處理方式，避免出現(xiàn)一刀切的施工模式，造成各種浪費(fèi)現(xiàn)象。②一般溶洞及大型溶洞在進(jìn)行施工前應(yīng)該預(yù)前將空洞以及縫隙進(jìn)行注漿作業(yè)，同時(shí)在鉆孔作業(yè)時(shí)要利用填土等形式提高鉆孔效率。③特大型溶洞采用護(hù)筒跟進(jìn)法施工。如果溶洞屬于單層架構(gòu)應(yīng)該采取單層護(hù)筒進(jìn)度施工模式；如果溶洞屬于多層結(jié)構(gòu)那么就根據(jù)具體溶洞結(jié)構(gòu)采取不同的護(hù)筒跟進(jìn)作業(yè)，具體施工案例中多采用2～3層護(hù)筒。之所以采取護(hù)筒跟進(jìn)作業(yè)模式就是為了提高鉆孔的成功率。
3 溶洞地質(zhì)樁基的施工方法
在屬于溶洞地質(zhì)區(qū)域進(jìn)行施工前，需要了解當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)特點(diǎn)，尤其是溶洞的具體情況要了解重復(fù)，包括溶洞的大小、溶洞結(jié)構(gòu)、有無漏水現(xiàn)象等，在確定施工方案前要充分考慮這些因素，在施工的過程中要隨時(shí)觀察溶洞的地質(zhì)變化，及時(shí)根據(jù)溶洞地質(zhì)等對(duì)施工的影響采取相應(yīng)的改進(jìn)方法。在進(jìn)行溶洞鉆孔作業(yè)時(shí)，一般采取具有卷揚(yáng)機(jī)帶沖擊錐的沖擊鉆成孔，采取此種工具可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)鉆孔過程中遇到溶洞，進(jìn)而有效監(jiān)測(cè)溶洞的變化，同時(shí)其具有鉆孔速度快、破壞面積小的特點(diǎn)，而采取勘察孔不能全面反映地質(zhì)，當(dāng)其他鉆孔作業(yè)過程可能會(huì)因?yàn)橛龅饺芏炊l(fā)生施工事故，造成人員傷亡、機(jī)械損害的情況發(fā)生。
4 巖溶地區(qū)溶洞類型判斷
進(jìn)行溶洞施工作業(yè)首先要明確溶洞的規(guī)模以及類型，根據(jù)類型的情況分析具體的施工作業(yè)模式，因此對(duì)于溶洞的類型特征我們一般劃分為以下四類（見表一）。
5 溶洞處理
對(duì)于溶洞的施工處理要采取科學(xué)的手段，選擇差別化施工，因?yàn)檫@樣可以提高施工效率，降低施工成本支出等。
5.1 小型溶洞的處理 對(duì)于小型溶洞，如11#墩1#樁基礎(chǔ)，樁長(zhǎng)14m，樁基范圍內(nèi)存在5個(gè)小溶洞，最大溶洞高度1.5m，最小30cm，為空洞或空洞充填粘土。
11-1#樁在溶洞處理過程中采用拋填片石、粘土互層（或碎石粘土團(tuán)）反復(fù)用重錘小沖程鉆進(jìn)方式，進(jìn)行樁孔的填塞和樁壁擠密。
當(dāng)使用上述施工填充模式進(jìn)行鉆孔時(shí)，尤其是在鉆孔在形成前，注入的泥漿等要維持高強(qiáng)度和強(qiáng)粘度的特點(diǎn)，而不能反復(fù)注入泥漿。當(dāng)然此種作業(yè)模式是建立在添加的物質(zhì)強(qiáng)度要與需要鉆孔部位的地質(zhì)強(qiáng)度相同或者高于溶洞巖石強(qiáng)度的0.5到1.0個(gè)等級(jí)。因?yàn)槿绻砑拥奶畛湮飶?qiáng)度低就會(huì)造成在鉆孔的時(shí)候填充物被破壞，達(dá)不到填充的效果，實(shí)現(xiàn)不了溶洞鉆孔施工的目的。
5.2 一般溶洞及大型溶洞的處理 ①超前注漿預(yù)處理。通常情況下一般溶洞都存在漏水或者半漏水的情況，因此為了防止漏水原因?qū)е略阢@孔過程中出現(xiàn)鉆孔泥漿流失現(xiàn)象的發(fā)生，需要在鉆孔前對(duì)其進(jìn)行注漿。對(duì)于施工難度大、護(hù)筒跟進(jìn)難度大的樁建設(shè)，需要使用超前注漿處理模式，首先要使用水泥對(duì)鉆孔進(jìn)行封堵，在壓力的影響下，實(shí)現(xiàn)泥漿的流動(dòng)，通過流動(dòng)將泥漿填滿整個(gè)溶洞縫隙。在注漿的過程中要使用注漿泵進(jìn)行施工，在使用注漿泵的過程中嚴(yán)格按照施工流程操作，防止因?yàn)椴僮鞑灰?guī)范導(dǎo)致注漿效果失敗。②間歇式注漿預(yù)處理。間歇式注漿就是在施工過程中采用間斷式注漿，一般間斷的時(shí)間要大于6個(gè)小時(shí)，保證先前注入的泥槳與沙子等達(dá)到融合與凝固，減少注漿過程中的浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)注入最小漿體達(dá)到最大壓力值的效果。間接式注漿模式主要是針對(duì)特大溶洞而言的，它是為了降低漿體流失，造成浪費(fèi)而使用的一種施工工藝。鉆孔樁一般比較小，以此注漿厚度一般只需要達(dá)到1～2m即可，因此間歇式注漿是此種施工的主要手段。但是其會(huì)延長(zhǎng)施工周期，如果既要保障工期又要使用間歇式注漿就要在注漿原料上入手，適當(dāng)摻入水玻璃等快凝材料，以加快施工進(jìn)度。③沖擊鉆孔過程中溶洞的處理。施工人員要全面掌握溶洞地貌，并且要將鉆孔位置標(biāo)出給予相關(guān)鉆孔人員，讓他們了解鉆孔位置的地質(zhì)地貌，在進(jìn)行到一定程度時(shí)要注意填充足夠的小片石或狗頭石（直徑20～40cm）和粘土，對(duì)于半充填和無充填物的溶洞要組織足夠的水源。鉆至離溶洞頂部1m左右時(shí)，在1～1.5m范圍內(nèi)變換沖程，逐漸將洞頂擊穿，防止卡鉆。④特大型溶洞的處理。特大型溶洞由于其規(guī)模比較大，地質(zhì)復(fù)雜等原因，在對(duì)其進(jìn)行施工時(shí)為了防止出現(xiàn)溶洞因?yàn)殂@孔而出現(xiàn)泥漿流失結(jié)果出現(xiàn)溶洞發(fā)生倒塌等災(zāi)害，應(yīng)該對(duì)特大型溶洞施工采取護(hù)筒跟進(jìn)的方法，以此保障溶洞鉆孔施工的順利進(jìn)行與安全生產(chǎn)。
護(hù)筒跟進(jìn)工藝具有投入高成本的缺點(diǎn)，因此在對(duì)中小型或有充填的大型溶洞要盡量減少護(hù)筒跟進(jìn)的使用次數(shù)。
?、僮o(hù)筒跟進(jìn)施工工藝。護(hù)筒跟進(jìn)施工時(shí)首先要選定地點(diǎn)填滿鋼護(hù)筒，然后進(jìn)行鉆孔作業(yè)、放入輔助護(hù)筒，通過振動(dòng)護(hù)筒實(shí)現(xiàn)穿越溶洞的目的，進(jìn)而鉆到溶洞的頂部，通過護(hù)筒注入泥漿，完成鉆孔。對(duì)不同結(jié)構(gòu)的溶洞需要采取不同的護(hù)筒施工方式，比如單層溶洞需要一層鋼護(hù)筒就可以；對(duì)于多層的溶洞，可以使用2-3層的護(hù)筒。具體操作步驟：在第一層護(hù)筒完成后，要對(duì)護(hù)筒的底部進(jìn)行封閉，防止注漿時(shí)因?yàn)橥饬Τ霈F(xiàn)漏漿。第二層護(hù)筒施工時(shí)要在護(hù)筒外側(cè)焊耳筋固定護(hù)筒，嚴(yán)格控制護(hù)筒的長(zhǎng)度，護(hù)筒的長(zhǎng)度不能超過第一層護(hù)筒底部的深度。②內(nèi)、外護(hù)筒間空隙及內(nèi)護(hù)筒與溶洞底部間空隙的處理。使用護(hù)筒跟進(jìn)施工，需要利用泥漿對(duì)兩層護(hù)筒進(jìn)行加固保障其具有抗擊力的目的，具體的施工方法是在內(nèi)護(hù)筒底部及頂部100cm范圍內(nèi)回填砂、碎石，中部回填中砂，然后用高壓噴射灌漿法（施噴法）對(duì)回填體進(jìn)行灌漿處理。灌漿后，內(nèi)護(hù)筒上下兩端空隙被砂、碎石及漿液沖填固結(jié)，固結(jié)強(qiáng)度要求達(dá)到30MPa，其抗?jié)B系數(shù)可達(dá)10-7m/s。灌漿處理后，即可重新沖孔。③護(hù)筒跟進(jìn)施工控制。對(duì)于特大型溶洞的處理，要時(shí)刻保持安全施工的意識(shí)，在護(hù)筒跟進(jìn)作業(yè)時(shí)需要及時(shí)觀察溶洞前面的實(shí)際情況，掌握溶洞情況是安全施工的重要環(huán)節(jié)。位于特大型溶洞地層中的鉆孔樁，經(jīng)常會(huì)發(fā)生安全事故，因?yàn)樘卮笕芏吹牡刭|(zhì)比較復(fù)雜，常常會(huì)發(fā)生溶洞倒坍的事故，因此在鉆孔施工前一定要掌握溶洞的地貌特征，為護(hù)筒跟進(jìn)作好充分準(zhǔn)備，根據(jù)溶洞的埋深、產(chǎn)狀、發(fā)育層數(shù)等確定護(hù)筒跟進(jìn)深度、跟進(jìn)層數(shù)。護(hù)筒跟進(jìn)法在鉆孔作業(yè)過程中，應(yīng)該做好應(yīng)急預(yù)案制度，時(shí)刻具有處理危險(xiǎn)事故的意識(shí)，護(hù)筒跟進(jìn)施工是為了避免溶洞施工上體不發(fā)生坍塌事故，但是在實(shí)際的施工過程中，當(dāng)護(hù)筒跟進(jìn)施工到某一位置時(shí)，就有可能受到作用力的原因，采用振動(dòng)外向錘很難一次性成功，通常施工經(jīng)常采用邊鉆孔邊跟進(jìn)的工藝。這一模式可能會(huì)因?yàn)樽鳂I(yè)人員的原因或者探測(cè)孔沒有及時(shí)跟進(jìn)導(dǎo)致鉆孔速度超過護(hù)筒跟進(jìn)速度，導(dǎo)致一部分溶洞的上體沒有完成護(hù)筒作業(yè)，結(jié)果導(dǎo)致前面的鉆孔沒有外力支持，導(dǎo)致出現(xiàn)坍陷。尤其是當(dāng)出現(xiàn)斜體地質(zhì)結(jié)構(gòu)時(shí)，采取護(hù)筒跟進(jìn)作業(yè)，就會(huì)存在一定安全隱患，因?yàn)樽o(hù)筒是對(duì)某一個(gè)方向進(jìn)行外力支撐，使得斜體另一端的地質(zhì)缺失保護(hù)，尤其是溶洞出現(xiàn)漏水現(xiàn)象時(shí)造成漏漿而發(fā)生意外。
6 結(jié)束語
由于溶洞的地質(zhì)特點(diǎn)不同，因此在施工的過程中要根據(jù)不同的溶洞地質(zhì)特點(diǎn)采取不同的施工方式，保障溶洞鉆孔施工順利開展，通過針對(duì)性施工可以提高施工的效率。但是根據(jù)實(shí)際的施工管理分析，溶洞鉆孔技術(shù)還有許多需要改進(jìn)的地方，需要施工人員在施工過程中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提高施工工藝。
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作者簡(jiǎn)介：沈文軍（1974-），女，遼寧朝陽人，遼寧建筑職業(yè)學(xué)院建筑經(jīng)濟(jì)系教師，高級(jí)工程師，講師。
